專利名稱：分色濾光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種分色濾光器、包括這種分色濾光器的顯示面板、包括這種顯示面板的顯示裝置以及包括這種分色濾光器的太陽能板。
背景技術(shù)：
Fu-Jen Ko和Han-Ping David Shieh于2000年3月1日在應(yīng)用光學(xué)第39卷No.7發(fā)表的出版物“用于液晶投影系統(tǒng)應(yīng)用的高效微光學(xué)濾色鏡”公開了用于液晶(LC)投影系統(tǒng)的濾色鏡。該濾色鏡包括微棱鏡陣列、光干涉濾色鏡和增大LC投影系統(tǒng)的光通度的微透鏡陣列光壓縮器。該裝置通過將光譜能分布到相應(yīng)的彩色象素面積上來利用整個光譜的能量。該微棱鏡陣列濾色鏡包括45-90-45的棱鏡陣列。每個棱鏡構(gòu)成一個子象素，并具有一斜邊平面，該斜邊平面涂覆有分離三基色的分色鏡中相應(yīng)的一個。斜邊平面以45度的角度布置，分色鏡將與斜邊平面成45度角度的入射光反射到具有不同分色鏡的相鄰斜邊平面。后一斜邊平面使光朝象素反射。該透射過第一上述分色鏡的光將到達(dá)另一個象素。
該結(jié)構(gòu)使用了全內(nèi)反射，但是全內(nèi)反射不能為所有角度的入射光所獲得。因此并不是所有從每一角度定向的光都能正確地傳送到輸出區(qū)域。如果使用漫散射顯示(例如e-ink)，由于返回的光不能再準(zhǔn)直，因此這將進(jìn)一步降低結(jié)構(gòu)的有效性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是增加到達(dá)合適象素的入射光量，即增加結(jié)構(gòu)的受光角。
本發(fā)明的第一方面提供一種如權(quán)利要求1所述的分色濾光器。本發(fā)明的第二方面提供一種如權(quán)利要求27所述的顯示面板。
本發(fā)明的第三方面提供一種如權(quán)利要求30所述的顯示裝置。本發(fā)明的第四方面提供一種如權(quán)利要求31所述的太陽能板。有益的實施例在隨附的權(quán)利要求中限定。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面的分色濾光器將入射光分離和準(zhǔn)直成具有不同屬性的第一和第二部分。不同的屬性可以是不同的顏色(即光譜的不同部分)或不同的偏振態(tài)。該分色濾光器包括布置在漏斗狀結(jié)構(gòu)中的反射濾光器。這些結(jié)構(gòu)的每一個具有接收入射光的入口區(qū)域和小于該入口區(qū)域的出口區(qū)域。所述結(jié)構(gòu)的壁反射部分入射光，而透射另一部分入射光。反射光具有第一屬性；透射光具有第二屬性。所述壁具有朝出口區(qū)域相對彼此遞減的距離，從而使反射光朝出口區(qū)域會聚。這樣，漏斗狀結(jié)構(gòu)的壁從入口區(qū)域向出口區(qū)域朝彼此會聚，因此沒有象在先前提到的現(xiàn)有技術(shù)的出版物中公開的那樣平行地延伸。該結(jié)構(gòu)包括第一組漏斗狀結(jié)構(gòu)，其構(gòu)造成使具有第一屬性的光朝其相應(yīng)的第一出口區(qū)域反射，以及使具有第二屬性的光朝相應(yīng)的第二出口區(qū)域透射。這樣，入射到漏斗狀結(jié)構(gòu)的反射濾光器上的光部分地被反射，部分地被透射。反射光具有不同于透射光的屬性。
漏斗狀結(jié)構(gòu)的集聚效應(yīng)以及反射濾光器的幾何形狀具有超過先前所述出版物的優(yōu)點，即更大部分的光將到達(dá)象素，因此使用該漏斗結(jié)構(gòu)得到的亮度高于使用現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)所得到的亮度。此外，沒有到達(dá)出口區(qū)域的光線量更小，并且亮度由于更加對稱的結(jié)構(gòu)而更少地取決于視角。
該漏斗狀結(jié)構(gòu)可以是中空的漏斗，但是也可以充滿透光材料。漏斗可以不是對稱的漏斗；壁的陡度可以變化，甚至單個漏斗的陡度也可以變化。不同漏斗的壁的陡度可以不同。所述壁可以不是平面的，也可以使用凹入或凸出的壁。如果分色濾光器與顯示器組合，那么每個出口區(qū)域與顯示器的一個(或多個)(子)象素配合，并且分色濾光器將光譜的不同部分分開。那么，第一屬性是第一顏色，而第二屬性是不同于第一顏色的第二顏色。濾光器還可以將不同的偏振態(tài)分開。出口區(qū)域也可以與不同于象素的其他元件配合，如太陽能電池。由于對特定顏色的光可以使該太陽能電池最優(yōu)化，因此可以更有效率地操作太陽能電池。通常，第一和第二出口區(qū)域定位在同一平面，但不彼此重疊。在相鄰的出口區(qū)域之間可以設(shè)置自由空間，其中沒有光或未透射過漏斗壁的光從濾光器離開。
在如權(quán)利要求2所述的實施例中，第一組布置成形成多個覆蓋第二出口區(qū)域的第一濾光器。其具有的優(yōu)點是，可以使用同一反射濾光器來使具有第一屬性的光朝第一出口區(qū)域會聚，以及使具有第二屬性的光朝第二出口區(qū)域透射。這樣，可以提供經(jīng)濟的解決方案。
在如權(quán)利要求3所述的實施例中，該結(jié)構(gòu)包括第一組漏斗狀結(jié)構(gòu)，其構(gòu)造成使具有第一屬性的光朝其相應(yīng)的第一出口區(qū)域反射，以及使具有第二屬性的光朝第二組漏斗狀結(jié)構(gòu)的相應(yīng)的第二出口區(qū)域透射。該第二組漏斗狀結(jié)構(gòu)構(gòu)造成使具有第二屬性的光朝其相應(yīng)的第二出口區(qū)域反射，以及使具有第一屬性的光朝相應(yīng)的第一出口區(qū)域透射。因為指向第一出口區(qū)域和指向第二出口區(qū)域的光分別由第二組和第一組漏斗狀結(jié)構(gòu)過濾，因此該實施例具有改進(jìn)的色分離。
在如權(quán)利要求4所述的實施例中，第一組漏斗狀結(jié)構(gòu)布置成形成多個覆蓋第二出口區(qū)域的第一濾光器。第二組漏斗狀結(jié)構(gòu)布置成形成多個覆蓋第一出口區(qū)域的第二濾光器。通過這種方式，鄰近特定出口區(qū)域定位的出口區(qū)域的漏斗壁可覆蓋該特定出口區(qū)域，并由此形成朝向該特定出口區(qū)域的透射濾光器。此外該實施例具有改進(jìn)的色分離，因為指向第一出口區(qū)域和指向第二出口區(qū)域的光分別由第二組和第一組漏斗狀結(jié)構(gòu)過濾。進(jìn)一步地，該實施例是經(jīng)濟的，因為使光朝特定出口區(qū)域會聚(以及還透射具有另一屬性的光)的反射濾光器也會形成用于其他出口區(qū)域的透射濾光器。
通常，漏斗狀結(jié)構(gòu)的壁和相關(guān)出口區(qū)域之間的容積充滿同一材料。然而，原則上，壁具有有限的厚度。濾光器可以剛好或大體上完全覆蓋相關(guān)的出口區(qū)域，或者比該出口區(qū)域更大。
在如權(quán)利要求5所述的實施例中，覆蓋第二出口區(qū)域的第一濾光器包括具有多邊形底平面的結(jié)構(gòu)，也稱為底面。在朝向入射光的方向，與底面平行的橫截面在一維或二維上逐漸變小。
在如權(quán)利要求6所述的實施例中，覆蓋第二出口區(qū)域的第一濾光器包括錐形元件。每個錐形元件的底面指向與其相聯(lián)的一個第二出口區(qū)域。這樣，錐形元件的頂面指向入射光。錐形表示類似于金字塔的形狀，其中其具有一底面，該底面覆蓋了大體上大于頂面區(qū)域的一個區(qū)域。盡管這是優(yōu)選的，但是不必將頂面弄尖，頂面可以是平的。進(jìn)一步地，底面具有不同于三角形的另一形狀。錐體的壁可以是平的、凹入的或凸出的。然而，凸出的壁將使會聚效應(yīng)退化。
在如權(quán)利要求7所述的實施例中，第一濾光器包括具有指向第二出口區(qū)域的底平面的錐形元件，并且都具有第一高度。第二濾光器包括具有指向第一出口區(qū)域的底面的錐形元件，并且都具有不同于第一高度的第二高度。不同錐體的高度差使錐體的側(cè)壁具有不同的角度。當(dāng)濾色鏡沉淀(evaporated)在錐形元件上時，該不同的角度可導(dǎo)致不同的層厚度。因此，具有不同高度的錐形濾光器的特性將不同，特別是如果濾色鏡是干涉堆疊。
在如權(quán)利要求8所述的實施例中，不同的錐形元件具有不同的尺寸，以便獲得不同角度的側(cè)壁。錐形元件的高度可以相同。此外，不同的角度使不同層厚的濾色鏡沉淀在錐形元件上。
在如權(quán)利要求9所述的實施例中，第一組漏斗狀結(jié)構(gòu)和第二組漏斗狀結(jié)構(gòu)分別包括第一層堆疊和第二層堆疊，它們分別布置在第一和第二漏斗狀結(jié)構(gòu)的側(cè)壁上。第一和第二堆疊的連續(xù)層具有不同的折射率?？梢栽谑褂没虿皇褂醚谀５那闆r下通過沉淀在漏斗狀結(jié)構(gòu)上提供層堆疊。如果使用掩模，可以在不同的漏斗狀結(jié)構(gòu)上形成不同的堆疊，從而獲得不同的濾光器。如果不使用掩模，那么將按照相同的順序在不同的漏斗狀結(jié)構(gòu)上沉淀相同的層。通過使漏斗狀結(jié)構(gòu)的側(cè)壁相對被沉淀的材料通量形成不同的角度，在不同的漏斗狀結(jié)構(gòu)上形成不同的層厚度，可以獲得不同的濾光器。
在如權(quán)利要求10所述的實施例中，通過在錐形元件的側(cè)壁上布置層堆疊，獲得第一和第二濾光器。該層堆疊包括至少兩個具有不同折射率的層。優(yōu)選地，堆疊是干涉堆疊，其包括多組連續(xù)的層。該連續(xù)的層具有不同的折射率。
優(yōu)選地，在每一組中，不同的連續(xù)層按相同的順序布置。對應(yīng)層的厚度以及因此得到的堆疊的厚度對于第一和第二錐形元件的側(cè)壁來說是不同的，從而在光的不同波長處獲得具有峰值反射率的濾光器。
優(yōu)選地，在第一和第二錐形元件上的每一層堆疊在一個且相同的處理步驟中應(yīng)用于所有錐形元件上，優(yōu)選是通過沉淀來應(yīng)用。對應(yīng)層堆疊的不同厚度也就是在堆疊的末端可通過適當(dāng)?shù)馗淖冨F形元件的角度進(jìn)行選擇。層厚度隨著一方面錐形元件的側(cè)壁和另一方面錐形元件的底平面之間角度的遞增而遞減。優(yōu)選地，所有錐形元件具有平行布置的底平面，并且所述層隨著大體上垂直于底平面的通量(flux)而沉淀。通常，所有錐形元件的底平面位于同一平面。
優(yōu)選地，堆疊包括多組的兩個層。每一組的兩個層具有按照相同順序的同一類型的層。同一組中兩個層的折射率是不同的。每一組中對應(yīng)的層厚度可以不同，但是不同組中至少部分層的厚度應(yīng)該大體上相同。對于其一半的波長等于該層組的光學(xué)厚度的光來說，可產(chǎn)生該層組堆疊的反射率的第一階峰值。該光學(xué)厚度是層的物理厚度與折射率的乘積。對于其波長等于該層組的厚度的光來說，也就是對于具有較短波長的光來說，可產(chǎn)生該堆疊的反射率的第二階峰值。在更短的波長處甚至可產(chǎn)生更高階的反射率峰值。
在如權(quán)利要求11所述的實施例中，第一錐形元件的側(cè)壁的角度和第二錐形元件的側(cè)壁的角度選擇成在第一錐形元件上獲得的層堆疊的厚度不同于在第二錐形元件上的層堆疊的厚度。堆疊的不同厚度選擇成在第一錐形元件上獲得在一波長處具有第一階反射峰值的第一濾光器，其第一階反射峰值不同于在第二錐形元件上的第二濾光器的第一階反射峰值。
當(dāng)然可以在錐形元件上形成三個不同的濾光器，其包括具有三個不同角度的側(cè)壁。通過賦予不同錐形元件三個不同的高度，可以獲得不同的角度。
在如權(quán)利要求12所述的實施例中，第一錐形元件的側(cè)壁的角度小于第二錐形元件的側(cè)壁的角度。堆疊的不同厚度選擇成獲得第一濾光器的第一階反射峰值，其在比第二濾光器的第一階反射峰值更長的波長處發(fā)生。例如，該角度選擇成對于紅光獲得第一濾光器的第一階反射峰值，而對于藍(lán)光獲得第二濾光器的第一階反射峰值。
在如權(quán)利要求13所述的實施例中，第一錐形元件的側(cè)壁的角度小于第二錐形元件的側(cè)壁的角度。堆疊的不同厚度選擇成獲得第一濾光器的第二階反射峰值，其在比第二濾光器的第一階反射峰值更短的波長處發(fā)生。例如，該角度選擇成對于藍(lán)光獲得第一濾光器的第二階反射峰值，而對于紅光獲得第二濾光器的第一階反射峰值。
在如權(quán)利要求14所述的實施例中，堆疊選擇成獲得第一濾光器的第一階反射峰值，其位于可見光范圍之外。例如，如果對于藍(lán)光產(chǎn)生第一濾光器的第二階反射峰值，就可能在紅外光范圍中產(chǎn)生第一濾光器的第一階反射峰值。
在如權(quán)利要求15所述的實施例中，錐形元件底面的形狀為三角形、四邊形、矩形、正方形或六邊形。這些形狀具有的優(yōu)點是相鄰的出口區(qū)域可以直接彼此連接。其他形狀如五邊形的錐體也是可能的，但是這將在至少一些相鄰的出口區(qū)域之間形成一些自由空間，從而降低效率。可替換地，也可以使用例如五邊形和四邊形底面的組合，也就是所謂的Penrose瓦面。
在如權(quán)利要求16所述的實施例中，第一出口區(qū)域中特定的一個出口區(qū)域由第二出口區(qū)域包圍，從而獲得交替第一出口區(qū)域和第二出口區(qū)域的模式。這種結(jié)構(gòu)具有的優(yōu)點是，使光朝第一出口區(qū)域中特定的一個反射并構(gòu)造成使光朝第二出口區(qū)域透射的漏斗狀結(jié)構(gòu)能夠在所有方向上朝第二出口區(qū)域透射被透射的光，并且所有光將到達(dá)出口區(qū)域。
在如權(quán)利要求17所述的實施例中，分色濾光器還包括第三出口區(qū)域。第一組漏斗狀結(jié)構(gòu)定位成將具有第一屬性的光朝相聯(lián)的第一和相聯(lián)的第三出口區(qū)域反射。第一組漏斗狀結(jié)構(gòu)透射具有第二屬性的光。第一屬性是第一顏色，并且第二屬性是不同于第一顏色的第二顏色。第一濾色鏡布置成過濾指向第三出口區(qū)域的光，而第二濾色鏡布置成過濾指向第一出口區(qū)域的光。入射到第一、第二和第三出口區(qū)域的光的顏色是不同的。這種結(jié)構(gòu)的分色濾光器能夠?qū)⑷肷涔夥蛛x成三種不同的顏色。通常，這三種不同的顏色是指向顯示器的相聯(lián)象素的三基色。這種具有漏斗和濾色鏡的分色濾光器的效率高于傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，其中每個象素具有其自己的吸收濾色鏡。每一吸收濾色鏡必須吸收所有未對基色作貢獻(xiàn)的光。在根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中，由于光首先被分離成兩個不同顏色的光流然后過濾，部分光在其被過濾之前引導(dǎo)到另一象素，因此被濾色鏡吸收的光量很少。
必須注意，使用具有第一顏色的光意味著該光僅覆蓋了光譜的第一部分。該第一部分實際上覆蓋了幾種顏色。通過相同的方式，具有第二顏色的光覆蓋了光譜的第二部分，其不同于第一部分。該第二部分部分地重疊第一部分，但不必一致。例如，具有第一顏色的光可以覆蓋可見光譜的藍(lán)色部分，而第二顏色可以覆蓋可見光譜的紅色部分。因此，指向第一和第三出口區(qū)域的光帶藍(lán)色，而指向第二出口區(qū)域的光帶黃色(或橙色)。
在如權(quán)利要求18所述的實施例中，第三濾色鏡過濾指向第二出口區(qū)域的光以進(jìn)一步改進(jìn)色分離。該第三濾色鏡實際上與通常的吸收濾光器相似。由于光被反射濾光器預(yù)先過濾了，所以將吸收很少的光，從而效率更高。
在如權(quán)利要求19所述的實施例中，第一濾光器包括與第一和第三出口區(qū)域中相應(yīng)的一個相聯(lián)的錐形元件，這些錐形元件的底面分別指向第一和第三出口區(qū)域。這樣可以使用同一錐形結(jié)構(gòu)朝第一和第三出口區(qū)域定位。
在如權(quán)利要求20所述的實施例中，第一組漏斗狀結(jié)構(gòu)中的至少一個漏斗狀結(jié)構(gòu)包括反射具有第一屬性的光以及透射具有第二屬性的光的第一部分，和對具有第一和第二屬性的光是反射性的第二部分。通過這種方式，可獲得非對稱的漏斗狀結(jié)構(gòu)，如果不是所有的出口區(qū)域都被提供會聚漏斗的反射濾光器覆蓋，可有利地利用該非對稱的漏斗狀結(jié)構(gòu)。入射光可直接或通過吸收濾光鏡到達(dá)該出口區(qū)域。
在如權(quán)利要求21所述的實施例中，對于具有第一和第二屬性的光是反射性的第二部分大體上垂直于一平面布置，該平面中布置了第一和第二出口?，F(xiàn)在未被還提供會聚漏斗的反射濾光器覆蓋的出口區(qū)域布置在大體上垂直的第二部分之間，從而該出口區(qū)域最佳地定位成直接或通過一吸收濾光器接收入射光。
在如權(quán)利要求22所述的實施例中，分色濾光器包括布置在至少兩個大體上垂直布置的第二部分之間的第三出口區(qū)域，所述第二部分對具有第一和第二屬性的光是反射性的，其中第一屬性是第一顏色，第二屬性是不同于第一顏色的第二顏色。第一吸收濾色鏡過濾指向第三出口區(qū)域的光。入射到第一、第二和第三出口區(qū)域的光的顏色是不同的。
在如權(quán)利要求23所述的實施例中，第一組漏斗狀結(jié)構(gòu)和第二組漏斗狀結(jié)構(gòu)布置在與輸出平面平行的第一平面中，所述輸出平面中布置了輸出區(qū)域。該第一和第二組漏斗狀元件將入射光分成具有第一屬性的光和具有第二屬性的光。顯示器還包括布置在第二平面中的第三組漏斗狀結(jié)構(gòu)和第四組漏斗狀結(jié)構(gòu)，它們布置在輸出平面平行的第二平面中并處于第一平面和輸出平面之間。該第三和第四組漏斗狀元件布置成至少將具有第一屬性的光分成具有第三和第四屬性的光，使得入射光被分成具有至少三種不同屬性的光。
在如權(quán)利要求24所述的實施例中，限定了一種錐形結(jié)構(gòu)的雙平面堆疊的優(yōu)選結(jié)構(gòu)，其能夠高效地將入射光分成三種不同的顏色。該實施例可參考圖7詳細(xì)地進(jìn)行說明。
在如權(quán)利要求27所述的實施例中，顯示面板包括分色濾光器。第一出口區(qū)域與顯示器的相應(yīng)的第一象素元件相聯(lián)，第二出口區(qū)域與顯示器的相應(yīng)的第二象素元件相聯(lián)。這樣，入射光就被分成兩種指向不同象素元件的顏色。被反射的光量取決于象素元件的狀態(tài)。如果象素元件處于其反射狀態(tài)，因為幾乎所有的入射光都能夠被反射，因此能夠形成具有非常高的亮度的彩色顯示器。該顯示面板可以是能夠顯示圖象、文本、視頻或其它信息的矩陣顯示器。象素元件例如是e-ink電池。
在如權(quán)利要求28所述的實施例中，分色濾光器可分離三種顏色，優(yōu)選地這三種顏色是基色。顯示面板具有每個都與一個出口區(qū)域相聯(lián)的象素元件。現(xiàn)在就能夠獲得具有非常高的亮度效率的全色顯示。
在室外應(yīng)用中，反射顯示器是優(yōu)選的，因為要使用發(fā)射顯示產(chǎn)生足夠高的亮度和對比度是困難的。根據(jù)本發(fā)明的分色濾光器對于這種要優(yōu)化其亮度的反射顯示是特別相關(guān)的。該分色濾光器可以構(gòu)造成在顯示元件頂面上的一個層。實際上，分色濾光器可將不同的顏色聚焦在不同的表面區(qū)域上。顯示器可以是平的，并具有象素元件，該顯示元件包括透射和非透射態(tài)。
分色濾光器也可以將例如在LCD中使用的不同偏振態(tài)分開。通常的LCD需要吸收一半的入射光的偏振濾光器。這樣，可以獲得因子為2的增益。在彩色顯示應(yīng)用中，該增益甚至更高。在每個顯示元件上布置的已知吸收濾色鏡可吸收附加的三分之二的入射光。這樣，總損失是大約85至90％。更亮的反射顯示如E-ink具有大約70％的損失。
在如權(quán)利要求31所述的實施例中，使用分色濾光器在入射光到達(dá)不同(類型)的太陽能電池之前將其分離。
根據(jù)本發(fā)明，使用反射濾光器。入射到反射濾光器上的光被分離成反射光和透射光。原則上，反射光和透射過的總和等于入射光。反射光的屬性不同于入射光的屬性。例如，顏色和/或偏振態(tài)不同。因此，盡管濾光器表示為反射濾光器，但是也可以是透射濾光器。
本發(fā)明的這些和其他方面將變得明顯，它們將在下文參考實施例進(jìn)行說明。


在附圖中圖1示意性地示出了與顯示器的象素相結(jié)合的分色濾光器的一個實施例的橫截面圖，圖2示意性地示出了與顯示器的象素相結(jié)合的分色濾光器的一個實施例的橫截面圖，圖3示意性地示出了與顯示器的象素相結(jié)合的分色濾光器的一個實施例的橫截面圖，
圖4示意性地示出了分色濾光器的一個實施例的頂視圖，圖5示意性地示出了在出口區(qū)域具有吸收濾色鏡的分色濾光器的一個實施例的橫截面圖，圖6示意性地示出了具有反射器的分色濾光器的一個實施例的橫截面圖，圖7A和7B分別示意性地示出了分色濾光器的頂平面和底平面的頂視圖，所述分色濾光器將入射光分成三基色，圖8示意性地示出了具有反射器的分色濾光器的頂平面和底平面的透視圖，圖9A示出了圖8中底平面的可替換結(jié)構(gòu)的透視圖，圖9B示出了圖8中底平面的另一個結(jié)構(gòu)的頂視圖，圖10示出了和分色濾光器一起使用的顯示裝置，圖11示出了和分色濾光器一起使用的太陽能板，圖12示出了具有層堆疊的濾光器的反射率的一個實例，其具有成比例的層厚度，圖13示出了具有層堆疊的濾光器的反射率的一個實例，其中同一堆疊中不同的層具有不同的厚度，圖14示出了對于入射光的不同入射角來說具有成比例的層厚度的濾光器的反射率的一個實例，圖15示出了具有成比例的層厚度的兩個濾光器的反射率的一個實例，所述兩個濾光器分別使用第二和第一階反射峰值。
具體實施例方式
圖1示意性地示出了與顯示器的象素相結(jié)合的分色濾光器的一個實施例的橫截面圖。所示簡化了的分色濾光器可以容易地說明其操作和所用的術(shù)語。分色濾光器還可稱為濾光器，除非需要與其它濾光器區(qū)別開來。該濾光器與顯示器的象素PR、PG結(jié)合使用。濾光器的出口區(qū)域OA1、OA2分別與象素PR、PG配合。入口區(qū)域IA1指向入射光IL。僅僅通過示例，所示出的是通過在錐形結(jié)構(gòu)PE1上提供反射濾光器FR獲得漏斗狀結(jié)構(gòu)F1。
反射濾光器FR將一部分入射光IL作為反射的入射光RL反射到出口區(qū)域OA1。反射光RL具有第一屬性C1。例如，反射光RL具有隨被反射的可見光譜部分而變化的第一顏色。漏斗狀結(jié)構(gòu)F1使反射的部分入射光IL朝相聯(lián)的出口區(qū)域OA1會聚。
反射濾光器FR將另一部分入射光IL作為透射光TLG透射。例如，該透射光TLG具有不同于第一顏色的第二顏色。該第二顏色隨被透射的可見光譜部分而變化?？商鎿Q地，反射光RL具有第一偏振態(tài)，而透射光TLG具有不同于第一偏振態(tài)的第二偏振態(tài)。在一個優(yōu)選實施例中，第一和第二偏振態(tài)相對彼此垂直。該偏振態(tài)例如是偏振方向或左旋或右旋圓(橢圓)偏振。
錐形結(jié)構(gòu)PE1具有底平面B1，其與相聯(lián)的出口區(qū)域OA2配合，在示出的實施例中是與象素PG配合。錐形結(jié)構(gòu)PE1具有遠(yuǎn)離出口區(qū)域OA2、指向入射光IL的頂面T1。錐形結(jié)構(gòu)PE1覆蓋了出口區(qū)域OA2，從而在出口區(qū)域OA2的頂面形成濾色鏡CF1。
因此，由于反射濾光器FR的反射特性和其漏斗狀的幾何結(jié)構(gòu)，具有第一屬性C1的光朝第一出口區(qū)域OA1會聚。此外，由于反射濾光器FR的透射特性以及由于其覆蓋了第二出口區(qū)域OA2，因此僅具有第二屬性的光能夠到達(dá)第二出口區(qū)域OA2。在該簡化的結(jié)構(gòu)中，入射光能夠直接到達(dá)第一出口區(qū)域OA1，因而朝不同象素PR和PG的色分離不是最佳的?？梢栽诘谝怀隹趨^(qū)域OA1處增加一濾色鏡，使得例如僅具有第一屬性的光才能夠到達(dá)第一出口區(qū)域OA1。這種附加的濾色鏡可以是扁平的吸收濾光器，其布置在象素PR的頂面。但是，優(yōu)選地，在象素PR頂面的濾色鏡是如圖2所示的錐形結(jié)構(gòu)，使得具有第二屬性的光被反射并朝象素PG會聚。
必須注意，漏斗狀結(jié)構(gòu)F1的精確幾何形狀對本發(fā)明來說不是關(guān)鍵。重要的是該幾何形狀形成為通過反射濾光器的漏斗狀結(jié)構(gòu)使反射光RL朝相聯(lián)的出口區(qū)域OA1會聚。優(yōu)選地，漏斗狀結(jié)構(gòu)F1由具有指向其它出口區(qū)域OA2的錐形結(jié)構(gòu)PE1形成，使得它們形成朝向這些其它出口區(qū)域OA2的濾色鏡。錐形結(jié)構(gòu)(也稱為錐體)PE1的邊界或壁使反射光朝出口區(qū)域OA1會聚。優(yōu)選地，錐體PE1所用材料的折射率n1比入射光IL在其中行進(jìn)的材料(通常是空氣)的折射率n0足夠得更大。這和漏斗形狀一起使透射光TLG朝出口區(qū)域OA2會聚。優(yōu)選地，象素PG、PR的材料具有與錐體PE1的折射率n1相同的折射率n1。
底平面B1具有任何合適的形狀，例如形成脊的矩形、形成四面錐體的正方形、形成熟知的三面錐體的三角形或形成具有超過四個側(cè)面、具有超過四個頂點的多邊形。盡管最佳地，可以不必將錐體PE1的頂面弄尖，該頂面可以是扁平的。然而，穿過錐體PE1平行于底平面B1的橫截面應(yīng)該從底面向頂面T1遞減。錐體的側(cè)面不必是平的，也可以是凹入或凸出的。錐體PE1不必是對稱的；頂部T1的投影不必與底平面B1的中心一致。底平面B1不必剛好與象素PG覆蓋的區(qū)域一樣大。優(yōu)選地，底平面B1不小于有效象素面積。錐體PE1可以由透明材料制成，該透明材料上布置有作為一個層的反射濾光器FR。錐體PE1之間的漏斗可以是空的，或者可以充滿具有一定折射率的材料，該折射率優(yōu)選等于錐體PE1材料的折射率n1，或者等于介于n0和n1之間的某個值。也可以是更高的折射率，但是這將使濾光器的性能退化。
圖2示意性地示出了與顯示器的象素相結(jié)合的分色濾光器的一個實施例的橫截面圖。該分色濾光器OF和顯示器D的象素PR、PG基于圖1中所示的結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在，在象素PR、PG之間存在一光學(xué)自由空間，并增加錐形濾色鏡CF2。此外，漏斗狀結(jié)構(gòu)F1由錐體PE1側(cè)壁上的反射濾光器FR提供，所述錐體PE1的底平面B1與覆蓋了象素PG區(qū)域的出口區(qū)域OA2相聯(lián)。漏斗狀結(jié)構(gòu)F2由錐體PE2側(cè)壁上的反射濾光器FG提供，所述錐體PE2的底平面B2與覆蓋了象素PR區(qū)域的出口區(qū)域OA1相聯(lián)。漏斗F1的入口區(qū)域表示為IA1，漏斗F2的入口區(qū)域表示為IA2。分色濾光器OF和顯示器D的組合被稱為顯示面板DP。盡管圖2示出了具有相同尺寸的出口區(qū)域OA1、OA2和象素PR、PG，但是也可以不必如此。
底平面B1具有尺寸D1，底平面B2具有小于尺寸D1的尺寸D2。由于底平面B1、B2的不同尺寸D1、D2，因此錐體PE1、PE2與底平面之間的角度也不同。如果濾光層FR、FG沉淀在錐體PE1、PE2的壁上，由于角度不同將導(dǎo)致濾光器FR、FG的層厚度不同。這種層厚度的不同會導(dǎo)致不同的濾光器特性。反射濾光器FR反射具有第一屬性C1的光，并透射具有第二屬性C2的光。反射濾光器FG反射具有第二屬性C2的光，并透射具有第一屬性C1的光。因此，反射濾光器FR通過反射濾光器FG使具有第一屬性的光朝象素PR會聚，所述反射濾光器FG對具有第一屬性C1的光是透射性的。反射濾光器FG通過反射濾光器FR使具有第二屬性C2的光朝象素PG會聚，所述反射濾光器FR對具有第二屬性C2的光是透射性的。這樣，理想地，僅具有第一屬性C1的光能夠到達(dá)象素PR，以及僅具有第二屬性C2的光能夠到達(dá)象素PG。原則上，可以使用所有的入射光；該入射光不會在吸收濾色鏡中被吸收，而是分成了被完全使用的、具有不同屬性的兩個光流。因此，與根據(jù)本發(fā)明的分色濾光器OF一起使用的顯示器D的亮度比傳統(tǒng)的顯示面板DP更亮，在傳統(tǒng)的顯示面板中每個象素都使用了吸收濾色鏡。由于其結(jié)構(gòu)對稱，因此入射光相對結(jié)構(gòu)的角度的相關(guān)性是最佳的。
優(yōu)選地，錐體PE1、PE2和象素PR、PG具有相同的折射率n1，該折射率大于環(huán)境介質(zhì)的折射率n0。錐體PE1、PE2之間的區(qū)域由具有折射率n1的透射性材料填充，或者可以是空的，因而具有折射率n0，或者具有介于n0和n1之間的折射率。通常地通過在錐體PE1、PE2的頂面增加一透射板(未示出)來對其進(jìn)行保護。
僅通過示例，濾光器FR反射紅光，但透射(可見)光譜的其它部分，而濾光器FG透射紅光，同時反射光譜的其它部分。
圖3示意性地示出了與顯示器的象素相結(jié)合的分色濾光器的一個實施例的橫截面圖。圖3中所示的分色濾光器基于圖1中所示的濾光器OF。通過以如圖2所示的相同方式，錐形結(jié)構(gòu)PE1布置在出口區(qū)域2也就是象素PG上方，錐形結(jié)構(gòu)PE2布置在出口區(qū)域OA1也就是PR上方。錐體PE1具有高度H1，其大于錐體PE2的高度H2。由于高度差，錐體PE1的側(cè)面相對其底平面B1的角度大于錐體PE2的側(cè)面相對其底平面B2的角度。此外，由于形成反射濾光器FR和FG的沉淀材料的層厚度的不同，因此濾光器的特性也將不同。優(yōu)選地，不同的錐體PE1、PE2具有不同的頂角，該頂角選擇成滿足下面的方程式0.5＜sin(錐體PE1的頂角)/sin(錐體PE2的頂角)＜＝2.0。如果該比率為1.0，那么錐體PE1和PE2相等，且濾色鏡必須以不同的方式制成。如果該比率為2.0，那么波長差大約為因子2。優(yōu)選地，該比率在0.625至0.8或1.25至1.6的范圍中。縮寫sin表示正弦。
圖4示意性地示出了分色濾光器的一個實施例的頂視圖。沒有標(biāo)記的直線分別示出了輸出區(qū)域OA1或底平面B1的邊界以及輸出區(qū)域OA2或底平面B2的邊界。錐體PE1具有頂面T1，錐體PE2具有頂面T2。錐體PE1側(cè)面的邊角線用小圓點表示，錐體PE2側(cè)面的邊角線用小正方形表示。還應(yīng)該注意，錐體PE1的所有側(cè)面反射具有第一屬性C1的光，并透射具有第二屬性C2的光，而錐體PE2的所有側(cè)面反射具有第二屬性C2的光，并透射具有第一屬性C1的光。
圖5示意性地示出了在出口區(qū)域具有吸收濾色鏡的分色濾光器的一個實施例的橫截面圖。圖5中所示的結(jié)構(gòu)基于圖2中所示的結(jié)構(gòu)。圖5和圖2中相同的參考標(biāo)記表示具有相同功能的相同部件?，F(xiàn)在，第二錐形結(jié)構(gòu)PE2布置在用PR和PB表示的象素上方。第一錐形結(jié)構(gòu)PE1仍然布置在用PG表示的象素上方。現(xiàn)在，通過示例，錐體PE1、PE2的所有底面B1、B2具有相同的尺寸，并且在象素PR、PB、PG之間沒有自由空間。應(yīng)該注意，盡管用不同的參考標(biāo)記表示象素PR、PB、PG，實際上象素PR、PB、PG的結(jié)構(gòu)是相同的，僅僅是象素上入射光的屬性和/或由象素反射的入射光的屬性不同。進(jìn)一步地，現(xiàn)在增加吸收濾色鏡CF3、CF4、CF5以便分別過濾指向象素PB、PR、PG的光。
下文將說明所示結(jié)構(gòu)的操作。僅僅通過示例，如果象素PR、PB、PG必須分別透射或反射基色即藍(lán)色B、紅色R和綠色G，則說明括號中的部件。在所示的示例中，入射到象素PG上方的錐體PE1中反射濾光器FR上的入射光IL穿過相鄰錐體PE2的反射濾光器FG(透射顏色R和B)和濾色鏡CF3(吸收顏色R和透射顏色B)朝象素PB被反射為具有第一屬性C1的反射光RL。由于濾色鏡CF3僅對部分光譜(顏色B)是透射的，因此被象素PB反射的光BL(顏色B)的屬性會變化。該入射到相鄰錐體PE1上的光BL由反射濾光器FR(反射顏色R和B)向觀眾反射。
入射到象素PG上方的錐體PE1中反射濾光器FR上的入射光IL穿過錐體PE1被透射為具有第二屬性(顏色G)的透射光TL。該透射光通過可選的吸收濾光器CF5(僅透射顏色G或顏色G的有限光譜，吸收其它顏色)到達(dá)象素PG。濾光器CF5可以改進(jìn)基色G的色點。由象素PG反射的光可以撞擊到相鄰錐體PE2的濾光器FG(它可反射顏色G)上，并向觀眾反射。
由錐體PE1向象素PR(未示出)反射的光再次具有第一屬性C1(包括顏色R和B)。吸收濾光器CF4(透射顏色R和吸收顏色B)過濾具有屬性C1的光，使得象素PR僅對具有第四屬性(僅僅顏色R)的光有效。
圖6示意性地示出了具有反射器的分色濾光器的一個實施例的橫截面圖。圖6和圖5中相同的參考標(biāo)記表示具有相同功能的相同部件。反射器RS對具有第一屬性的光和具有第二屬性的光是反射性的。在所示的實施例中，象素按PR、PG、PB的順序交替。為了便于說明，并且僅通過示例，假定象素PR、PG、PB分別必須調(diào)制紅色R、綠色G和藍(lán)色B的光。一方面分別在錐形結(jié)構(gòu)PE2和PE1的底面之間以及另一方面分別在象素PR和PG之間布置吸收濾色鏡CF6和CF7。在象素PB頂面布置吸收濾色鏡CF8。反射器RS位于藍(lán)色象素PB側(cè)面，優(yōu)選地相對包括象素PR、PG、PB的平面大體上垂直地延伸。錐形結(jié)構(gòu)PE1和PE2實際上是圖5的錐形結(jié)構(gòu)的一半。輸出區(qū)域OA1、OA2、OA3分別對應(yīng)于象素PR、PG、PB的區(qū)域。反射濾色鏡C1和C2共同地表示為反射濾光器RTS。
下文將說明所示結(jié)構(gòu)的操作。入射光IL1以預(yù)定角度入射到藍(lán)色象素PB上方的顯示面板上，對著反射器RS反射為反射光RL1。反射光RL1由吸收濾光器CF8過濾，使得僅有藍(lán)色(實際上，通常是藍(lán)色區(qū)域中的部分光譜)向象素PB透射。由象素PB向觀眾反射的藍(lán)光BL的量取決于象素PB的光學(xué)狀態(tài)。
入射光IL2入射到分別由紅和綠象素PR、PG形成的區(qū)域上方的顯示面板上。該入射光IL2入射到象素PR上方的反射濾色鏡C1上。該濾光器C1反射綠光RL2，并透射紅光和藍(lán)光TL。紅光TL包含僅覆蓋超過紅光的光譜部分，吸收濾光器CF6將透射期望的紅光光譜部分。由象素PR向觀眾反射的紅光RE的量取決于象素PR的光學(xué)狀態(tài)。反射的綠光RL2穿過象素PG上方的反射濾光器C2。該濾光器C2反射紅光，并透射綠和藍(lán)光，其包含僅覆蓋了超過綠光的光譜部分。吸收濾光器CF7將透射期望的綠光光譜部分到象素PG。由象素PG向觀眾反射的綠光GL的量取決于象素PG的光學(xué)狀態(tài)。
在該實施例中，漏斗狀結(jié)構(gòu)F1由反射濾色鏡C2和其與相對的反射器RS形成，而漏斗狀結(jié)構(gòu)F2由反射濾色鏡C1和與其相對的反射器RS形成。此外，漏斗狀結(jié)構(gòu)F1和F2使光分別朝其相應(yīng)的象素PG、PR會聚。如果濾光器C1對于紅光具有足夠小的透射帶，那么可以省略濾光器CF6。如果濾光器C2對于綠光具有足夠小的透射帶，那么可以省略濾光器CF7。對于濾光器C1、CF6、C2、CF7和CF8，可以使用其它不同的顏色，并提供多色顯示器。根據(jù)應(yīng)用，濾光器C1、CF6、C2、CF7和CF8中的任何一個或幾個可以是代替濾色鏡的偏振濾光鏡。
圖7A和7B分別示意性地示出了分色濾光器的頂平面和底平面的頂視圖，所述分色濾光器將入射光分成三個基色。該結(jié)構(gòu)包括反射濾光器的兩個平面的堆疊，其布置在錐形結(jié)構(gòu)中。頂平面和底平面實際上是兩個不同的層或板，但是也可以是單個層或板。
在圖7A中示出的頂平面包括多個錐體，其具有用實線示出的三角形底面。錐體TP的底面具有粗線以清楚地顯示其形狀。底面指向觀眾。錐體的頂面T1遠(yuǎn)離觀眾地指向。錐體的邊角線用虛線表示。在錐體側(cè)面上的反射濾光器的顏色用R、G和B表示。用R表示的濾光器反射紅光并透射綠光和藍(lán)光(或者對于綠光和藍(lán)光是透明的)。用G表示的濾光器反射綠光并對紅光和藍(lán)光是透明的，用B表示的濾光器反射藍(lán)光并對紅光和綠光是透明的。
在圖7B中示出的底平面包括具有指向觀眾的頂面T2的六邊形錐體。該頂面T2定位在頂面T1之間，使得頂平面和底平面的錐體配合在彼此中間。底平面中錐體底面邊界用實線表示。虛線表示錐體的邊角線。錐體的六個側(cè)面表示為S21至S26。為了進(jìn)一步說明底平面中錐體相對頂平面的位置，用其上增加了小圓點的虛線表示頂平面中錐體TP的底面的位置。正如從圖7B中所看到的，頂平面中錐體BP1、BP2、BP3的側(cè)面與頂部錐體的兩種不同顏色的側(cè)面配合。與所示的頂部錐體TP相聯(lián)的部分側(cè)面S21至S26用S21a至S26a表示，這些側(cè)壁的其它部分用S21b至S26b表示。存在幾種選擇頂平面的反射濾色鏡的可能性。
在第一實例中，底平面錐體BP1、BP2和BP3的側(cè)面分別具有青濾光器、黃濾光器和品紅濾光器。青濾光器對紅光是透明的并反射綠光和藍(lán)光，黃濾光器對藍(lán)光是透明的并反射綠光和紅光，品紅濾光器對綠光是透明的并反射藍(lán)光和紅光。
下文將說明分色濾光器的操作，其包括圖7A的頂平面和這種底平面。頂平面中錐體TP(還稱為頂部錐體TP或錐體TP)上的綠濾光器將紅光和藍(lán)光分別透射到錐體BP2和BP1的分段S23a和S26a上。分段S26a的青濾光器將紅光透射到底層的象素上并反射藍(lán)光。分段S23a的黃濾光器將藍(lán)光透射到底層的象素上并反射紅光。錐體TP上的紅濾光器將綠光和藍(lán)光分別透射到錐體BP2和BP3的分段S22a和S25a上。分段S22a的黃濾光器將藍(lán)光透射到底層的象素上并反射綠光。分段S25a的品紅濾光器將綠光透射到底層的象素上并反射藍(lán)光。錐體TP上的藍(lán)濾光器將綠光和紅光分別透射到錐體BP1和BP3的分段S21a和S24a上。分段S21a的青濾光器將紅光透射到底層的象素上并反射綠光。分段S24a的品紅濾光器將綠光透射到底層的象素上并反射紅光。因此，對應(yīng)于分段S21a和S26a的象素用作紅象素，對應(yīng)于分段S22a和S23a的象素用作藍(lán)象素，以及對應(yīng)于分段S24a和S25a的象素用作綠象素。這樣，錐體BP1、BP2、BP3的底面分別相應(yīng)于紅象素、藍(lán)象素、綠象素。
在另一個實例中，底平面錐體BP1、BP2和BP3的側(cè)面對于每個錐體具有交替不同的反射濾色鏡。錐體BP1具有藍(lán)和綠反射濾光器，側(cè)面S21、S23和S25具有藍(lán)反射濾光器，側(cè)面S22、S24和S26具有綠反射濾光器。錐體BP2的側(cè)面S21、S23、S25具有紅反射濾光器；錐體BP2的側(cè)面S22、S24、S26具有綠反射濾光器。錐體BP3的側(cè)面S21、S23、S25具有藍(lán)反射濾光器；錐體BP3的側(cè)面S22、S24、S26具有紅反射濾光器。在底平面中使用的反射濾光器的顏色屬性與在頂平面中使用的相同。
下文將說明分色濾光器的操作，其包括圖7A的頂平面和這種底平面。頂平面中錐體TP上的綠濾光器將紅光和藍(lán)光分別透射到錐體BP2和BP1的分段S23a和S26a上。分段S26a的藍(lán)濾光器將紅光透射到底層的象素上并反射藍(lán)光。分段S23a的紅濾光器將藍(lán)光透射到底層的象素上并反射紅光。錐體TP上的紅濾光器將綠光和藍(lán)光分別透射到錐體BP2和BP3的分段S22a和S25a上。分段S22a的綠濾光器將藍(lán)光透射到底層的象素上并反射綠光。分段S25a的藍(lán)濾光器將綠光透射到底層的象素上并反射藍(lán)光。錐體TP上的藍(lán)濾光器將綠光和紅光分別透射到錐體BP1和BP3的分段S21a和S24a上。分段S21a的綠濾光器將紅光透射到底層的象素上并反射綠光。分段S24a的紅濾光器將綠光透射到底層的象素上并反射紅光。因此，對應(yīng)于分段S21a和S26a的象素用作紅象素，對應(yīng)于分段S22a和S23a的象素用作藍(lán)象素，以及對應(yīng)于分段S24a和S25a的象素用作綠象素。這樣，錐體BP1、BP2、BP3的底面分別相應(yīng)于紅象素、藍(lán)象素、綠象素。
許多可替換的結(jié)構(gòu)都是可能的。錐體的底面可以具有除三角形之外的其它形狀，例如矩形、正方形和六邊形。頂部錐體TP的側(cè)壁和底部錐體BP1至BP3不必彼此接觸，相對錐體的對應(yīng)側(cè)壁不必平行地延伸。反射濾色鏡可以具有其它顏色。唯一重要的是頂部錐體TP的側(cè)壁的濾色鏡和底部錐體BP1至BP3選擇成彼此相配合，從而至少三種不同的顏色指向象素。
圖8示意性地示出了具有反射器的分色濾光器的頂平面和底平面的透視圖。頂平面TPL包括將入射光IL分成光譜的兩個分段L1、L2(為了便于說明也稱為兩種顏色)的分色濾光器。通過提供細(xì)長的脊?fàn)罱Y(jié)構(gòu)可以獲得漏斗狀結(jié)構(gòu)F1、F2，所述脊?fàn)罱Y(jié)構(gòu)包括按交替順序的第一和第二反射濾光器CF10、CF20。該結(jié)構(gòu)等效地操作成如圖2和3所示的結(jié)構(gòu)。實際上，可以使用在這些附圖中所示的相同結(jié)構(gòu)，但是現(xiàn)在使用脊?fàn)罱Y(jié)構(gòu)代替錐體。
底平面BPL必須還包括反射濾色鏡，該反射濾色鏡定位成使得第一顏色的光L1和/或第二顏色的光L2進(jìn)一步被分成光譜的兩個子分段，從而可以獲得三種或四種不同的子分段(也稱為顏色)。相反地，可以用反射偏振濾光器代替一些濾色鏡，所述反射偏振濾光器反射具有第一偏振態(tài)的光，并對具有另一偏振態(tài)的光是透射性的。底平面BPL包括布置成使第一顏色的光L1和第二顏色的光L2保持分離的反射器RE。在所示的實施例中，反射器RE在與脊相同的方向上延伸，并定位在兩個濾光器CF10和CF20之間。
如果要將光分成三種顏色，就不需要在一個濾色鏡下方布置附加分色濾光器，而是在另一濾色鏡CF10下方布置附加色分離結(jié)構(gòu)。該附加色分離結(jié)構(gòu)布置在相鄰的反射器RE之間，并具有如前所述的結(jié)構(gòu)。在圖8所示的實施例中，該附加色分離結(jié)構(gòu)包括具有不同的反射濾色鏡的錐形結(jié)構(gòu)PSS1、PSS2，用于將光L1分成兩個子分段L1a和L1b。如果要將光分成四種顏色，就需要在濾色鏡CF10和CF20下方布置附加分色濾光器。
例如，濾光器CF10是反射紅光和透射藍(lán)光及綠光的紅濾光器，濾光器CF20是反射綠光和透射紅光及藍(lán)光的綠濾光器。在由兩個相鄰反射器RE形成的濾光器CF20下方的隔間中，提供吸收濾光器以吸收藍(lán)光，使得只有紅光離開該隔間，例如到達(dá)調(diào)制反射回到觀眾的紅光的量的象素。在濾光器CF10下方的隔間中，提供分色濾光器以分離藍(lán)光和綠光。這樣，應(yīng)該提供分別反射藍(lán)光和綠光并且分別透射紅光和綠光以及紅光和藍(lán)光的藍(lán)反射濾光器和綠反射濾光器。
可替換地，可以用在一方向上延伸的脊?fàn)罱Y(jié)構(gòu)替代所示的錐體，該方向不同于頂平面TPL的脊?fàn)罱Y(jié)構(gòu)延伸的方向。優(yōu)選地，底平面BPL的脊?fàn)罱Y(jié)構(gòu)在一方向上延伸，該方向垂直于頂平面TPL的脊?fàn)罱Y(jié)構(gòu)。這些脊?fàn)罱Y(jié)構(gòu)在使用如圖8所示的錐體的實施例中是優(yōu)選的。
圖9A示出了圖8中底平面的可替換結(jié)構(gòu)的透視圖，圖9B示出了圖8中底平面的另一個結(jié)構(gòu)的頂視圖。應(yīng)該注意，為了清晰起見，在圖9A中所示的結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)了90度。底平面BPL的反射器RE必須在另一方向上延伸，該方向不同于(優(yōu)選垂直于)頂平面TPL的脊。
圖9A示出了具有在一方向上延伸的反射器RE的底平面，該方向垂直于圖8中頂平面TPL上的脊?fàn)顬V光器CF10、CF20。底平面BPL還包括形成附加反射濾色鏡CF30和CF40的脊?fàn)罱Y(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，反射器垂直于一平面，底平面BPL在該平面中延伸。
例如，如果在頂平面TPL中使用相同的紅濾光器CF10和綠濾光器CF20，就能夠在底平面BPL中使用藍(lán)濾光器和綠濾光器CF30、CF40。
圖9B示出了一底平面，其中具有不同反射濾色鏡CFR、CFG的不同錐體PR、PG具有一定的幾何形狀，使得由所述錐體之一反射的光指向具有其它濾色鏡的錐體。圖9B示出了一個特殊的實施例，其中錐體的底面是三角形，但是可以選擇許多其它形狀的底面來獲得相同的效果。在所示的實施例中，濾光器是紅R和綠G濾光器。可以使用任何其它顏色或偏振態(tài)代替所述顏色。反射器RE將錐體分段成形成包括兩個不同反射濾色鏡CFR、CFG的隔間，所述反射濾色鏡向彼此反射光。優(yōu)選地，濾光器CFR、CFG對稱地定位在隔間中。也可以在沒有頂平面TPL的情況下使用這種底平面BPL作為圖4中所示結(jié)構(gòu)的替換結(jié)構(gòu)。
圖10示出了和分色濾光器一起使用的顯示裝置。該顯示裝置包括顯示器1，其顯示了其象素陣列P11、P1n、Pm1。該象素與選擇電極6和數(shù)據(jù)電極5的交點相聯(lián)。選擇驅(qū)動器4向選擇電極6提供選擇信號，數(shù)據(jù)驅(qū)動器3向數(shù)據(jù)電極5提供數(shù)據(jù)信號。處理和控制電路2接收要在顯示器1上顯示的輸入視頻信號VI，向數(shù)據(jù)驅(qū)動器3提供信號DA，向選擇驅(qū)動器4提供信號SE。通常，信號DA包括表示輸入視頻信號VI和定時信號的數(shù)據(jù)，用于使給數(shù)據(jù)電極6的數(shù)據(jù)信號的提供與輸入視頻信號VI同步。信號SE包括定時信息，用于使給數(shù)據(jù)電極6提供選擇信號與提供數(shù)據(jù)信號同步。通常，一個接一個地選擇顯示器1的行，同時并行地向選擇的行提供數(shù)據(jù)信號。
圖11示出了和分色濾光器一起使用的太陽能板，該太陽能板包括太陽能電池SC11至SCmm，其被分成兩種用SCa(虛線區(qū)域)和SCb(實線區(qū)域)表示的不同類型的太陽能電池。僅通過示例，太陽能電池SCa和SCb在行和列的方向上彼此交替為正方形。太陽能電池SC11至SCmm可以具有其它形狀，不必以矩陣的形式布置。分色濾光器可以將入射光分離成兩種顏色范圍，該顏色范圍可最優(yōu)地調(diào)節(jié)成對不同太陽能電池的敏感顏色范圍。
根據(jù)本發(fā)明的分色濾光器利用了環(huán)境的折射率n0和用于提供漏斗結(jié)構(gòu)F1、F2的材料的折射率n1之間的差。在一維中可以使表面減小n1/n0*sin(α)，同時所有的光仍將到達(dá)出口區(qū)域，其中α是漏斗F1、F2的角度，也就是反射濾光器CF1、CF2與出口OA1、OA2的平面產(chǎn)生的角度。這是基于當(dāng)光進(jìn)入具有較高折射率的材料時會朝平面的法線彎曲的事實。進(jìn)一步減小出口的表面積將反射回一定量的入射光，并且這些入射光不會到達(dá)漏斗的底部。這樣，如果漏斗的高度較大，角度α達(dá)到90度，那么在一維中最大的壓縮比是因子n1/n0。在實際的實施例中，該壓縮比為1.5。然而，如果使用具有高折射率的特殊材料，最大壓縮比可以更大。在二維中可能的壓縮比是(n1/n0)2。為了分成兩種顏色，需要的折射率比率為1.42，為了分成三種顏色，需要的折射率比率為1.73。這樣，優(yōu)選地，漏斗的入口區(qū)域和漏斗的出口區(qū)域的比率不大于這些壓縮因子。這意味著如果達(dá)到折射率為1.5的實際比率，那么在濾光器的單平面內(nèi)僅能夠分成兩種顏色。如果使用足夠高的折射率n1的材料，就能夠在濾光器的單平面內(nèi)分成三種顏色。
能夠使用根據(jù)本發(fā)明的分色濾光器部分地分離顏色，以及增加吸收濾色鏡以吸收不期望的顏色。盡管損失了部分光效率，但是在沒有本發(fā)明的分色濾光器的情況下在每一象素上使用吸收濾色鏡仍然具有改進(jìn)。
圖12示出了具有層堆疊的濾光器的反射率的一個實例，其具有成比例的層厚度。反射率RF表示為沿縱軸的百分比，光的波長用λ以nm(納米)沿橫軸表示。通過形成交替層的堆疊可以形成反射濾色鏡，所述交替層包括具有不同折射率的材料。例如，一個層由SiO2制成，另一個層由Ta2O5制成。然而，可以使用任何其它合適的材料，只要其折射率不同，并且它們對光是透射性的。一般地，堆疊的周期由SiO2層和Ta2O5層的光學(xué)厚度的總和確定，該堆疊的周期可確定一波長，層堆疊的反射率在該波長具有最大值。
圖12中示出了一個實例，對于使用SiO2和Ta2O5的交替層的15層堆疊來說，所示的反射率FC1是入射光的波長λ的函數(shù)，上述交替層的厚度分別為111.63nm和77.27nm。反射率函數(shù)FC1的第一階峰值P1位于650nm的波長處，在此兩個層的光學(xué)厚度的總和正好是0.5個波長。光學(xué)厚度的總和是物理厚度的總和與相應(yīng)折射率的乘積。對于使用SiO2和Ta2O5的交替層的15層堆疊來說，所示的反射率FC2是入射光的波長λ的函數(shù)，上述交替層的厚度分別為79.26nm和54.86nm。反射率函數(shù)FC2的第一階峰值P2位于450nm的波長處，在此兩個層的光學(xué)厚度的總和正好是0.5個波長。因此，在該實例中，由函數(shù)FC1限定的第一濾光器反射紅光，而由函數(shù)FC2限定的第二濾光器反射藍(lán)光。未被反射的光透射過或穿過濾光器。
必須注意，111.63和79.26之間的比率與77.27和54.86之間的比率相同。因此實際上，由反射率函數(shù)FC1限定的濾光器的層的光學(xué)厚度全部以相同的因子成比例，從而獲得由反射率函數(shù)FC2限定的濾光器。在該實例中，比例因子是sin(23.5度)/sin(16.5度)。這些角是錐形結(jié)構(gòu)的頂角，角度的正弦表示被沉淀的層厚度部分。
圖12示出反射峰值P1、P2的位置取決于層堆疊的層厚度。通過適當(dāng)?shù)剡x擇錐形元件的側(cè)壁相對其底平面的角度可獲得不同的層厚度。該合適的角度可以通過改變錐形元件的底平面的高度和/或尺寸來選擇。如果對于整個結(jié)構(gòu)來說現(xiàn)在以相同的束通量將濾光器淀積在錐體的表面上，那么不同錐形結(jié)構(gòu)的表面的角度差會導(dǎo)致層厚度不同，并因此導(dǎo)致層堆疊的反射光的色差。
在該實施例中，其中不同地選擇錐形元件的高度，以便獲得不同的濾光器，淀積在下部錐形元件上的堆疊及其層比淀積在上部錐形元件的堆疊及其層更厚。因此，下部錐形元件上的濾光器具有用FC1表示的反射率函數(shù)，而上部錐形元件上的濾光器具有用FC2表示的反射率函數(shù)。
然而，該按比例縮放的方法僅可移動反射峰值P1、P2，而不同的反射率函數(shù)FC1、FC2的形狀幾乎不受影響。利用在圖12中所示的反射率函數(shù)FC1、FC2，由于峰值波瓣P(guān)1、P2旁邊的干擾帶，會在兩個濾光器之間產(chǎn)生顯著的重疊。這就會降低系統(tǒng)的性能，因為特定的光線在沒有到達(dá)顯示器表面的情況下會向后反射，因此對比度會退化。然而，如果在兩個濾光器的峰值波瓣P(guān)1、P2之間存在間隙，那么特定的光線將不能到達(dá)正確的顯示區(qū)域，因此可能降低色純度。
另一個缺陷是峰值P1、P2的位置取決于如圖14所示的光的入射角度。從圖14中可以看出，當(dāng)入射角變化時，峰值會產(chǎn)生顯著的移動。對于某些角度來說，這可能導(dǎo)致兩個濾光器之間的重疊增大，而對其它角度來說可能在濾光器之間導(dǎo)致波長間隙。
可以使濾色鏡對于干擾帶引起的問題和對于由于入射角而使濾光器特性在波長中移動所引起的問題最優(yōu)化。通過改變兩個不同錐體的側(cè)壁的角度差，可以改變兩個濾光器之間的重疊量。根據(jù)層的數(shù)量，堆疊中單個的層厚度可以選擇成(部分地)抑制在某些波長中的干擾帶。例如，如果SiO2和Ts2O5的光學(xué)層厚度選擇成用用0.166和0.333替代0.25和0.25，可以抑制在反射峰值的低波長側(cè)的干擾帶。這種情況如圖13所示。
然而，通過使用計算機程序可以使濾光器之間的串?dāng)_最優(yōu)化，所述計算機程序為多個層厚度的濾光器計算優(yōu)值圖形。計算機程序使優(yōu)值圖形最優(yōu)化，從而在堆疊中提供最佳的層厚度。圖14中示出了最佳濾光器的一個實例。圖14的濾光器所用的優(yōu)值圖形是兩個數(shù)值之間的差值。第一數(shù)值是濾光器和其成比例版本之間的重疊，第二數(shù)字是濾光器自身的反射率的平方，也就是濾光器自身的重疊。對于從400nm至700nm的波長范圍來說，使用0至80度的入射角來確定優(yōu)值圖形。兩個數(shù)值的相對大小是可調(diào)節(jié)的。下面在表1中給出利用該優(yōu)化方法確定的層厚度的實例，其中對于圖14所示的濾光器的層厚度為700nm，其中折射率為nTa2O5＝2.096和nSiO2＝1.4545，比例因子為sin(23.5度)/sin(16.5度)。
層 材料 厚度(nm) 光學(xué)厚度(700納米波長的數(shù)量)0空氣1SiO2 119.7803 0.2492Ta2O522.9290 0.0693SiO2 65.2581 0.1364Ta2O5119.7893 0.3595SiO2 87.0892 0.1816Ta2O5113.4835 0.3407SiO2 64.1528 0.1338Ta2O5111.4554 0.3349SiO2 88.0978 0.18310 Ta2O5105.4428 0.31611 SiO2 99.9071 0.20812 Ta2O5114.8116 0.34413 SiO2 34.8626 0.07214 Ta2O5114.3586 0.34215 SiO2 155.8301 0.32416 玻璃正如表1中明顯所示，周期仍然是大約0.5個波長。例如看層4和5、6和7、8和9的組，它們具有的總光學(xué)厚度分別是0.54、0.473、0.517。在光學(xué)厚度的總和上的小伸展可以更好地抑制干擾帶。Ta2O5層比SiO2層相對較厚。圖14示出了干擾帶在很大程度上被減小。但是，得到的濾光器是不理想的，它是色純度和對比度之間的折衷。
圖13示出了具有層堆疊的濾光器的反射率的一個實例，其中同一堆疊中不同的層具有不同的厚度。反射率RF表示為沿縱軸的百分比，光的波長用λ以nm(納米)沿橫軸表示。作為參考，在圖13中重復(fù)已經(jīng)在圖12中示出的反射率函數(shù)FC1。反射率函數(shù)FC3顯示出，通過選擇堆疊中不同層的不同厚度，可以減小干擾帶的振幅。在圖13所示的實例中，用15層SiO2和Ta2O5的堆疊獲得反射率函數(shù)FC3。SiO2層的厚度為74.42nm，而Ta2O5層的厚度為103.03nm。
圖14示出了對于入射光的不同入射角來說具有成比例的層厚度的濾光器的反射率。反射率RF表示為沿縱軸的百分比，光的波長用λ以nm(納米)沿橫軸表示。所示的反射率是兩個濾光器的波長的函數(shù)。每個濾光器的三條曲線示出了三個不同入射角的反射率。第一濾光器由分別對70度、45度、和0度的入射角的曲線T11、T12、T13限定。第二濾光器由分別對70度、45度、和0度的入射角的曲線T21、T22、T23限定。兩個濾光器的層厚度的比例因子是sin(23.5度)/sin(16.5度)。第一濾光器具有比第二濾光器更薄的層。根據(jù)表1來確定層厚度，從而抑制因干擾帶引起的串?dāng)_。錐形元件的側(cè)壁的角度應(yīng)該選擇成使反射率函數(shù)的重疊最小，同時仍然獲得最佳的色純度。
圖15示出了具有成比例的層厚度的兩個濾光器的反射率，所述兩個濾光器分別使用第二和第一階反射峰值。反射率RF表示為沿縱軸的百分比，光的波長用λ以nm(納米)沿橫軸表示。
優(yōu)選地，層堆疊包括多組的兩個層。每一組的兩個層具有按相同順序的同一類型的層。在同一組中兩個層的折射率不同。組中相應(yīng)層的厚度可以不同，但是組的厚度優(yōu)選大體上相同。對于其一半的波長等于該層組的光學(xué)厚度的光來說，可產(chǎn)生該層組堆疊的反射率的第一階峰值。對于其波長等于該層組的厚度的光來說，也就是對于具有較短波長的光來說，可產(chǎn)生該堆疊的反射率的第二階峰值。在更短的波長處甚至可產(chǎn)生更高階的反射率峰值?？商鎿Q地，可以在層組中提供超過兩個層。
在圖12和14中示出的根據(jù)本發(fā)明的濾色鏡的實施例使用了兩個堆疊的反射率的第一階峰值。因此，最厚的堆疊由于較厚的堆疊將在較長的波長處具有其反射峰值。
在圖15中所示的濾色鏡的實施例中，分色濾光器包括第一和第二組錐形元件PE1、PE2，其上分別布置了第一和第二濾光器CF1、CF2。第一濾光器CF1具有用函數(shù)CF21表示的反射率，第二濾光器CF2具有用函數(shù)CF22表示的反射率。第一錐形元件PE1的側(cè)壁相對其底面的角度小于第二錐形元件PE2的側(cè)壁相對其底面的角度。例如，第一組的錐形元件PE1具有比第二組的錐形元件PE2更低的高度。堆疊的不同高度選擇成獲得第一濾光器CF1的第二階反射峰值P21b，其在比第二濾光器CF2的第一階反射峰值P22a更短的波長λ1出產(chǎn)生。例如，該角度選擇成對于藍(lán)光獲得第一濾光器CF1的反射率CF21的第二階反射峰值P21b，而對于紅光獲得第二濾光器CF2的反射率CF22的第一階反射峰值P22a。
優(yōu)選地，堆疊選擇成使得第一濾光器CF1的第一階反射峰值P21a和第二濾光器CF2的第二階反射峰值P22b位于可見光VR的范圍之外。例如，如果對于藍(lán)光產(chǎn)生第一濾光器CF1的第二階反射峰值P21b，則在紅外范圍中產(chǎn)生第一濾光器CF1的第一階反射峰值P21a。
必須注意，反射率的第二階峰值的使用所基于的屬性是具有某一周期的濾光器不僅反射光，在該周期兩個光學(xué)層厚度的總和與波長的一半匹配。這種濾光器還反射更高的階，例如如果一個完整的波長與兩個光學(xué)層厚度的總和相匹配。但是，使兩個層中的每個層的厚度為剛好0.5個波長將導(dǎo)致第二階峰值的消除。例如使兩個層的不同厚度為0.33和0.66可以產(chǎn)生第二階峰值。該濾光器沉淀在所有的錐形元件PE1、PE2上。將這種濾光器沉淀在上部錐形元件PE2的陡峭表面上使得在可見范圍VR中產(chǎn)生第一階峰值P22a，在可見范圍之外的相對短的波長處產(chǎn)生第二階峰值P22b。由于縮放比例，在下部錐形元件PE1的較不陡峭的表面上，在比第一階峰值P22a更長的波長處產(chǎn)生第一階峰值P21a，在比第二階峰值P22b更長的波長處產(chǎn)生第二階峰值P21b。通過選擇第一和第二錐形元件PE1、PE2的角度之間的合適差，在比第一階峰值P22a更短的波長處產(chǎn)生第二階峰值P21b，在可見范圍VR之外的相對較長的波長處產(chǎn)生第一階峰值P21a。
該方法提供了用于濾光器的不同的優(yōu)化可能性。不為每個濾光器優(yōu)化在每一側(cè)上具有零反射的一個反射峰值，而是使在中間具有零反射的兩個反射峰值優(yōu)化。該方法的另一個優(yōu)點是，第二階反射峰值通常具有比第一階反射峰值更尖銳的邊界，從而導(dǎo)致兩個濾光器之間的重疊更小。下面在表2中給出相對表1利用與前述方法類似的優(yōu)化方法確定的層厚度，其中層厚度為500nm，折射率為nTa2O5＝2.146和nSiO2＝1.4615，其中比例因子為sin(23.5度)/sin(16.5度)層 材料 厚度(nm)光學(xué)厚度(700納米波長的數(shù)量)0 空氣1 SiO2 111.30990.3252 Ta2O5104.335 0.4483 SiO2 205.81970.6024 Ta2O5150.63250.6475 SiO2 58.671130.1716 Ta2O5180.51030.7757 SiO2 82.434810.2418 Ta2O5178.724 0.7679 SiO2 90.227150.26410 Ta2O5178.88280.76811 SiO2 93.195590.27212 Ta2O5180.69340.77613 SiO2 81.467630.23814 Ta2O5172.62360.74115 SiO2 6.8831150.02016 玻璃總之，已經(jīng)論述過，通過使用具有不同高度的錐形元件，能夠在一系列相同的步驟中沉淀超過一種類型的反射濾色鏡。不同的濾光器通過所有的層厚度的比例彼此相關(guān)聯(lián)。對于使用具有兩種顏色的系統(tǒng)來說有兩種可能首先，在兩個錐體的下部錐體上沉淀一濾光器，其在紅色波長范圍中具有第一階反射峰值，并且錐形元件的高度選擇成使得在相同的步驟中在上部錐形元件上沉淀一濾光器，其在藍(lán)光范圍中具有第一階反射峰值。其次，在下部錐形元件上沉淀一濾光器，其在藍(lán)色波長范圍中具有第二階反射峰值，并且錐形元件的高度選擇成使得在相同的步驟中在上部錐形元件上沉淀一濾光器，其在紅光范圍中具有第一階反射峰值。
在第一種技術(shù)方案中，濾光器優(yōu)選包括在兩側(cè)具有零反射的一個反射峰值。在第二種技術(shù)方案中，濾光器優(yōu)選包括在中間具有零反射的兩個反射峰值。
優(yōu)選地，濾光器的優(yōu)化要考慮色散(即，折射率與波長的相關(guān)性)和/或波長中的變化，由于入射角的變化可在該波長處產(chǎn)生反射峰值。進(jìn)一步地，層厚度可以調(diào)節(jié)成使得干擾帶被(部分地)抑制。
由于在錐體上入射光的角度不均勻，有利地是利用濾色鏡的不均勻性。這是有利的，因為光的入射角傾向于在錐體的底部更加垂直于濾色鏡以及在錐體的頂部更加傾斜。這種不均勻的涂層可以用于所描述的雙濾光器型。不均勻的涂層例如可以通過在錐形孔中噴濺濾色鏡而獲得。隨著濾色鏡在孔中的進(jìn)一步形成，淀積通量和層厚度將減小。
應(yīng)該注意，上述實施例說明了而不是限制了發(fā)明，在不脫離隨附權(quán)利要求書的范圍的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員將能夠設(shè)計許多可替換的實施例。
例如，如果限定了觀眾，則分色濾光器位于觀眾和顯示器的反射象素中間。但是如果象素調(diào)制了它們的透射，且該觀眾坐在顯示器附近，那么顯示器位于觀眾和分色濾光器中間。
不只是使用第一階峰值，我們也可以僅使用第二階(或第三階等)峰值。但是，通常這會導(dǎo)致更厚的層。此外我們可以在第二階濾光器的頂面上堆疊第一階濾光器。這樣可以在同一濾光器中得到0.5和1.0的周期?？商鎿Q地，對于兩個錐形結(jié)構(gòu)中的上部錐形結(jié)構(gòu)不使用第一階峰值以及對于兩個錐形結(jié)構(gòu)中的下部錐形結(jié)構(gòu)不使用第二階峰值，而使用第二和第三階(等等)峰值。
代替使用兩種層，可以使用三種或更多種類的層。
進(jìn)一步地，可以使用錐形結(jié)構(gòu)，其具有的不同高度超過兩個。這例如可得到三個錐體高度1)所有的三個錐形結(jié)構(gòu)具有第一階濾光器，2)最下面的錐形結(jié)構(gòu)具有第二階濾光器，而其它兩個具有第一階濾光器，3)最下面兩個錐形結(jié)構(gòu)具有第二階濾光器，最上面的錐形結(jié)構(gòu)具有第一階濾光器。
上面的濾色鏡也可以實施成分離超過兩種不同的顏色。
根據(jù)本發(fā)明的分色濾光器可以與幾個顯示器配合，例如e-ink顯示器、LCD、電子潤濕顯示器、電致變色顯示器。優(yōu)選地，顯示器應(yīng)該是漫反射顯示器，因為這種顯示器可提供最好的可讀圖像。有利的是增加一吸收濾色鏡，以便防止由于不理想的濾光器特性或結(jié)構(gòu)的機械偏差而導(dǎo)致的色差。
在任何論述了將顏色分開的地方，這表示光譜被分成部分重疊的子光譜。如果可見光譜被分成子光譜，這些子光譜作為不同的顏色是可見的。代替濾色鏡，也可以使用偏振濾光器，其具有的優(yōu)點是偏振光可指向不同的象素，因而可以使用所有入射光來代替僅僅一半的入射光。
根據(jù)本發(fā)明的分色濾光器還可以用于后部點亮的顯示器如LCD。
盡管對于可見光來說已經(jīng)描述了所有實施例，但是本發(fā)明也可以用于將可見光譜之外的光譜的不同部分分開。這樣，本發(fā)明可以用于紅外光、紫外光、x-射線等等。
在權(quán)利要求書中，放在括號內(nèi)的任何參考標(biāo)記不應(yīng)該解釋為限制了權(quán)利要求。動詞“包括”的使用和其變化不排除存在不同于權(quán)利要求中所述的那些元件或步驟。元件前面的冠詞“一”或“一個”并不排除存在多個這種元件。本發(fā)明可以通過包括幾個特殊元件的硬件，通過適當(dāng)編程的計算機來實施。在產(chǎn)品權(quán)利要求中，列舉的幾個裝置、這些裝置中的幾個可以由硬件的一個且相同的項目具體化。唯一的事實是在相互不同的從屬權(quán)利要求中陳述的某些措施并不表示這些措施的組合不能夠有利地使用。
權(quán)利要求
1.一種用于將入射光分離成具有不同屬性的第一和第二部分的分色濾光器，該分色濾光器包括布置在漏斗狀結(jié)構(gòu)(F1)中的反射濾光器(FR)，每一個所述漏斗狀結(jié)構(gòu)(F1)具有接收入射光(IL)的入口區(qū)域(IA1)、小于該入口區(qū)域(IA1)的出口區(qū)域(OA1)和壁，所述壁具有朝出口區(qū)域(OA1)遞減的距離，用于使反射的入射光(RL)朝出口區(qū)域(OA1)會聚，所述結(jié)構(gòu)(F1)包括第一組漏斗狀結(jié)構(gòu)(F1)，其構(gòu)造成使具有第一屬性(C1)的光朝其相應(yīng)的第一出口區(qū)域(OA1)反射，以及使具有第二屬性(C2)的光朝相應(yīng)的第二出口區(qū)域(OA2)透射。
2.如權(quán)利要求1所述的分色濾光器，其中所述第一組(F1)布置成形成多個覆蓋第二出口區(qū)域(OA2)的第一濾光器(CF1)。
3.如權(quán)利要求1所述的分色濾光器，其中該分色濾光器進(jìn)一步包括布置在第二組漏斗狀結(jié)構(gòu)(F2)中的反射濾光器(FG)，每一個所述第二結(jié)構(gòu)(F2)具有用于接收入射光(IL)的第二入口區(qū)域(IA2)和小于該第二入口區(qū)域(IA2)使反射的入射光(RL)朝第二出口區(qū)域(OA2)會聚的第二出口區(qū)域(OA2)，第一組漏斗狀結(jié)構(gòu)(F1)構(gòu)造成使具有第一屬性(C1)的光朝其相應(yīng)的第一出口區(qū)域(OA1)反射，以及使具有第二屬性(C2)的光朝第二組漏斗狀結(jié)構(gòu)(F2)的相應(yīng)的第二出口區(qū)域(OA2)透射，其中該第二組漏斗狀結(jié)構(gòu)(F2)構(gòu)造成使具有第二屬性(C2)的光朝其相應(yīng)的第二出口區(qū)域(OA2)反射，以及使具有第一屬性(C1)的光朝相應(yīng)的第一出口區(qū)域(OA1)透射。
4.如權(quán)利要求3所述的分色濾光器，其中所述第一組(F1)布置成形成多個覆蓋第二出口區(qū)域(OA2)的第一濾光器(CF1)，并且其中所述第二組(F2)布置成形成多個覆蓋所述第一出口區(qū)域(OA1)的第二濾光器(CF2)。
5.如權(quán)利要求4所述的分色濾光器，其中第一濾光器(CF1)包括具有多邊形底平面(B1)的多邊形結(jié)構(gòu)，并且其中在朝向入射光(IL)的方向，平行于底平面(B1)的橫截面在一維或二維上逐漸變窄。
6.如權(quán)利要求5所述的分色濾光器，其中多邊形結(jié)構(gòu)包括具有指向第二出口區(qū)域(OA2)的底平面(B1)的錐形元件(PE1)。
7.如權(quán)利要求4所述的分色濾光器，其中第一濾光器(CF1)包括具有指向第二出口區(qū)域(OA2)的底平面(B1)的錐形元件(PE1)，并且都具有第一高度(H1)，以及其中第二濾光器(CF2)包括具有指向第一出口區(qū)域(OA1)的底平面(B2)的錐形元件(PE2)，并且都具有不同于第一高度(H1)的第二高度(H2)，從而獲得具有側(cè)壁的第一和第二錐形元件(PE1、PE2)，它們的側(cè)壁相對其底面分別具有第一角和第二角，所述第一角和所述第二角不同。
8.如權(quán)利要求4所述的分色濾光器，其中第一濾光器(CF1)包括具有指向第二出口區(qū)域(OA2)的底平面(B1)的第一錐形元件(PE1)，并且都具有第一尺寸(D1)，以及其中第二濾光器(CF2)包括具有指向第一出口區(qū)域(OA1)的底平面(B2)的第二錐形元件(PE2)，并且都具有不同于第一尺寸(D1)的第二尺寸(D2)，從而獲得具有側(cè)壁的第一和第二錐形元件(PE1、PE2)，它們的側(cè)壁相對其底面分別具有第一角和第二角，所述第一角和所述第二角不同。
9.如權(quán)利要求3所述的分色濾光器，其中第一組漏斗狀結(jié)構(gòu)(F1)和第二組漏斗狀結(jié)構(gòu)(F2)包括第一層堆疊(SL1)和第二層堆疊(SL2)，它們分別布置在第一和第二漏斗狀結(jié)構(gòu)(F1、F2)的側(cè)壁上，其中第一和第二堆疊(SL1、SL2)的連續(xù)層具有不同的折射率(ni)。
10.如權(quán)利要求7或8所述的分色濾光器，其中第一濾光器(CF1)和第二濾光器(CF2)包括第一層堆疊(SL1)和第二層堆疊(SL2)，它們分別布置在第一和第二錐形元件(PE1、PE2)的側(cè)壁上，其中第一和第二堆疊(SL1、SL2)的連續(xù)層具有不同的折射率(ni)，并且其中第一和第二堆疊(SL1、SL2)包括按照相同順序排列的相同數(shù)量的層，并且第一層堆疊(SL1)的第一厚度不同于第二層堆疊(SL2)的第二厚度(D2)。
11.如權(quán)利要求10所述的分色濾光器，其中所述第一角和所述第二角被選擇以分別獲得第一厚度和第二厚度，以便獲得在一波長處具有第一階反射峰值的第一濾光器(CF1)，其第一階反射峰值不同于第二濾光器(CF2)的第一階反射峰值。
12.如權(quán)利要求11所述的分色濾光器，其中所述第一角小于所述第二角，以便獲得第一濾光器(CF1)的第一階反射峰值，其在比第二濾光器(CF2)的第一階反射峰值更長的波長處產(chǎn)生。
13.如權(quán)利要求11所述的分色濾光器，其中所述第一角小于所述第二角，以便獲得第一濾光器(CF1)的第二階反射峰值，其在比第二濾光器(CF2)的第一階反射峰值更短的波長處產(chǎn)生。
14.如權(quán)利要求13所述的分色濾光器，其中第一濾光器(CF1)的第一階反射峰值位于可見光范圍之外。
15.如權(quán)利要求5所述的分色濾光器，其中底平面(B1)的形狀為三角形、矩形、正方形、五邊形或六邊形。
16.如權(quán)利要求6所述的分色濾光器，其中第一出口區(qū)域(OA1)中特定的一個出口區(qū)域由第二出口區(qū)域(OA2)包圍，從而獲得交替第一出口區(qū)域(OA1)和第二出口區(qū)域(OA2)的模式。
17.如權(quán)利要求3所述的分色濾光器，還包括第三出口區(qū)域(OA3)，第一組漏斗狀結(jié)構(gòu)(F1)進(jìn)一步構(gòu)造成將具有第一屬性的光(C1)朝第三出口區(qū)域(OA3)反射，以及透射具有第二屬性(C2)的光，其中第一屬性(C1)是第一顏色，第二屬性(C2)是不同于第一顏色的第二顏色。第一吸收濾色鏡(CF3)，用于過濾指向第三出口區(qū)域(OA3)的光，以及第二吸收濾色鏡(CF4)，用于過濾指向第一出口區(qū)域(OA1)的光，其中入射到第一、第二和第三出口區(qū)域(OA1、OA2、OA3)的光的顏色是不同的。
18.如權(quán)利要求17所述的分色濾光器，還包括第三濾色鏡(CF5)，用于過濾指向第二出口區(qū)域(OA2)的光。
19.如權(quán)利要求17所述的分色濾光器，其中第一濾光器(CF1)包括與第一和第三出口區(qū)域(OA1、OA3)中對應(yīng)的一個相聯(lián)的錐形元件(PE1)，這些錐形元件(PE1)的底平面(B1、B2)分別指向第一和第三出口區(qū)域(OA1、OA3)。
20.如權(quán)利要求4所述的分色濾光器，其中第一組漏斗狀結(jié)構(gòu)(F1)中的至少一個漏斗狀結(jié)構(gòu)包括反射具有第一屬性(C1)的光以及透射具有第二屬性(C2)的光的第一部分(RTS)，和對具有第一和第二屬性(C1、C2)的光是反射性的第二部分(RS)。
21.如權(quán)利要求20所述的分色濾光器，其中對于具有第一和第二屬性(C1、C2)的光是反射性的第二部分(RS)大體上垂直于一平面布置，該平面中布置了第一和第二出口(OA1、OA2)。
22.如權(quán)利要求20所述的分色濾光器，還包括布置在至少兩個大體上垂直布置的第二部分之間的第三出口區(qū)域(OA3)，所述第二部分對具有第一和第二屬性(C1、C2)的光是反射性的，其中第一屬性(C1)是第一顏色，第二屬性(C2)是不同于第一顏色的第二顏色，以及第一吸收濾色鏡(CF8)，用于過濾指向第三出口區(qū)域(OA3)的光，其中入射到第一、第二和第三出口區(qū)域(OA1、OA2、OA3)的光的顏色是不同的。
23.如權(quán)利要求3所述的分色濾光器，其中第一組漏斗狀結(jié)構(gòu)(F1)和第二組漏斗狀結(jié)構(gòu)(F2)布置在與輸出平面(PP)平行的第一平面(PL1)中，所述輸出平面中布置了輸出區(qū)域(OA1、OA2)，該分色濾光器還包括布置在第二平面(PL2)中的第三組漏斗狀結(jié)構(gòu)(F3)和第四組漏斗狀結(jié)構(gòu)(F4)，該第二平面與輸出平面(PP)平行并處于第一平面(PL1)和輸出平面(PP)之間，所述第三組(F3)和第四組(F4)布置成與所述第一組(F1)和所述第二組配合，以便將入射光(IL)分成具有至少三種不同屬性的光。
24.如權(quán)利要求23所述的分色濾光器，其中第一平面(PL1)包括第一錐形結(jié)構(gòu)，其具有三角形底面、具有三種不同的反射濾色鏡的三個側(cè)面以及指向第二平面(PL2)的頂面，所述反射濾色鏡分別反射紅(R)、綠(G)和藍(lán)(B)光，以及分別透射綠(G)和藍(lán)(B)光、紅(R)和藍(lán)(B)光以及紅(R)和綠(G)光，以及第二平面(PL2)包括第二錐形結(jié)構(gòu)，其具有五邊形的底面、具有附加的反射濾色鏡的五個側(cè)面以及附加的頂面(T2)，所述附加的頂面指向第一平面(PL1)，并定位在第一所述頂面(T1)之間，其中附加的反射濾色鏡(i)對于相同的第二錐形結(jié)構(gòu)的平面是相同的，但對于相鄰的錐形結(jié)構(gòu)是不同的，附加的反射濾色鏡分別對紅(R)、綠(G)和藍(lán)(B)光是透明的，以及分別對綠(G)和藍(lán)(B)光、綠(G)和紅(R)光以及藍(lán)(B)和紅(R)光是反射性的，或者(ii)對第相同的二錐形結(jié)構(gòu)的相鄰側(cè)面是不同的和交替的，從而獲得三種不同的第二錐形結(jié)構(gòu)，其具有的附加反射濾色鏡中有兩個是不同的，所述反射濾色鏡選自分別反射紅(R)、綠(G)和藍(lán)(B)光以及分別透射綠(G)和藍(lán)(B)光、紅(R)和藍(lán)(B)光以及紅(R)和綠(G)光的反射濾色鏡。
25.如權(quán)利要求1至21中的任何一項、或23所述的分色濾光器，其中第一屬性(C1)是第一顏色，第二屬性(C2)是不同于第一顏色的第二顏色。
26.如權(quán)利要求1至21中的任何一項、或23所述的分色濾光器，其中第一屬性(C1)是第一偏振態(tài)，第二屬性(C2)是不同于第一偏振態(tài)的第二偏振態(tài)。
27.一種包括如權(quán)利要求1所述的分色濾光器的顯示面板，第一出口區(qū)域(OA1)與顯示器的相應(yīng)的第一象素元件(PR)相聯(lián)，第二出口區(qū)域(OA2)與顯示器的相應(yīng)的第二象素元件(PR)相聯(lián)。
28.一種包括如權(quán)利要求17或21所述的分色濾光器的顯示面板，第一出口區(qū)域(OA1)與顯示器的相應(yīng)的第一象素元件(PR)相聯(lián)，第二出口區(qū)域(OA2)與顯示器的相應(yīng)的第二象素元件(GR)相聯(lián)，第三出口區(qū)域(OA3)與顯示器的相應(yīng)的第三象素元件(BR)相聯(lián)。
29.一種如權(quán)利要求27所述的顯示面板，其中顯示器包括矩陣顯示器。
30.一種顯示裝置，其包括權(quán)利要求27至28中任何一項的顯示面板和向該面板提供圖象信息的電路。
31.一種包括權(quán)利要求1至4中任何一項所述的分色濾光器的太陽能板，第一出口區(qū)域(OA1)與太陽能板的相應(yīng)的第一太陽能電池(SCa)相聯(lián)，第二出口區(qū)域(OA2)與太陽能板的相應(yīng)的第二太陽能電池(SCa)相聯(lián)。
全文摘要
一種將入射光分成具有不同屬性的第一和第二部分的分色濾光器。該分色濾光器包括布置在漏斗狀結(jié)構(gòu)(F1)中的反射濾光器(FR)。每個結(jié)構(gòu)(F1)具有接收入射光(IL)的入口區(qū)域(IA1)和小于該入口區(qū)域的出口區(qū)域(OA1)。(IA1)使反射的入射光(RL)朝出口區(qū)域(OA1)會聚。結(jié)構(gòu)(F1)包括第一組漏斗狀結(jié)構(gòu)(F1)，其構(gòu)造成使具有第一屬性(C1)的光朝其相應(yīng)的第一出口區(qū)域(OA1)反射，以及使具有第二屬性(C2)的光朝相應(yīng)的第二出口區(qū)域(OA2)透射。
文檔編號G02B27/28GK1969206SQ200580020078
公開日2007年5月23日 申請日期2005年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月17日
發(fā)明者R·P·范戈科姆, P·A·多恩, S·T·德茲沃特, A·H·伯格曼, M·C·J·M·威森伯格, M·J·J·多納, C·A·范登休維爾 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司